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pwm調速風扇設置參數
pwm調速風扇設置參數
更新时间:2025-04-03 10:58:17

對電腦熟悉的朋友都知道,不管是台式電腦還是筆記本電腦,都是具有風扇的,該風扇起到散熱作用,電腦CPU的溫度越高,轉速越快,可以提高電腦CPU的散熱效率,保證CPU正常工作。那麼電腦是如何調節風扇的轉速的呢?這要從風扇的線序說起。從一開始到現在,電腦CPU的風扇分别經曆了兩線式、三線制以及今天的四線式。那他們之間有什麼區别呢?

pwm調速風扇設置參數(PWM是如何實現調速的)1

1-電腦上的風扇

1 兩線式CPU風扇的工作原理

早期的風扇隻有兩根線,一般用紅線和黑線來表示,紅色表示電源正、黑線表示電源負,即隻要接上合适的電壓,風扇就會轉動,而且是全速轉動,速度不可調。這中風扇雖然容易控制,但是沒有轉速反饋。風扇有沒有在轉動、風扇的轉速是多少,電腦CPU完全不知道。即使風扇壞掉了,電腦CPU也無法檢測到,溫度和轉速之間無法形成閉環,也可以說風扇的狀态是不可控的,存在散熱隐患。

pwm調速風扇設置參數(PWM是如何實現調速的)2

2-兩線式風扇

鑒于兩線式風扇的以上缺點,為提高散熱效率,後來又出現過三線式的風扇。

2 三線式CPU風扇的工作原理

三線式風扇有三根線,分别用紅色、黑色和黃色來表示。紅色和黑色是電源線,而黃色是風扇轉速的反饋線,通過這根線,電腦CPU可以實時的檢測到風扇的轉速。在風扇開啟後,CPU能知道風扇是不是在工作,形成了初步的閉環。

pwm調速風扇設置參數(PWM是如何實現調速的)3

3-三線式風扇

在電腦需要散熱的時候,CPU檢測到風扇的轉速為零,那麼就可以判斷風扇壞掉或者是缺失,可以向用戶提示故障信息。

以上兩種風扇所存在的缺點就是,無法根據實際的溫度情況進行調速,隻要滿速運行,導緻噪聲很大,為了改善這種情況,出現了四線式風扇。

3 四線式CPU風扇的工作原理

四線式CPU風扇在三線式的基礎之上多了一根調速線,CPU既能實時的檢測風扇的轉速,又能根據當前CPU的溫度來控制風扇的轉速,實現了溫度和風扇轉速的閉環控制,提高了散熱效率、降低了主機功耗、還減小了風扇轉動時的噪音。優點明顯,所以,目前以四線式風扇居多。

pwm調速風扇設置參數(PWM是如何實現調速的)4

4-四線式風扇

通過前面的對比可知,三線式風扇比兩線式風扇多了測速功能,而四線式風扇又比三線式風扇多了調速功能。對比如下表所示。

pwm調速風扇設置參數(PWM是如何實現調速的)5

5-風扇線序對比

那麼CPU是如何調節風扇的轉速的呢?

4 CPU是如何調節風扇轉速的

給風扇加上合适的額定電壓後,風扇就會滿速運轉,如果把電壓降低一點,那麼風扇的轉速就會降低,當把電壓将為零後,風扇慢慢就停下來了。可以發現,隻要改變風扇兩端的電壓就可以實現轉速的調節。那麼如何實現風扇電壓的調節呢?這就用到了PWM。

PWM調速原理

所謂PWM,就是脈沖寬度調制,一定頻率的方波是由高電平和低電平構成的。假設高電平的持續時間是T1,低電平的持續時間是T2, 那麼周期T=T1 T2

pwm調速風扇設置參數(PWM是如何實現調速的)6

6- PWM方波

通過改變高電平的持續時間,就可以改變方波的平均電壓,在一個周期内高電平所占的比例,就叫做占空比,計算公式為:D=T1/T

占空比與平均電壓的關系

占空比越大,那麼平均電壓就越高;占空比越低,平均電壓就越小。

占空比為100%,那麼風扇兩端的電壓就是12V,風扇滿速轉動

占空比為50%,那麼風扇兩端的電壓就是6V,風扇以一半的速度轉動

占空比為0%,那麼風扇的電壓就是0V,風扇不轉動

占空比和平均電壓的計算關系如下圖所示。

pwm調速風扇設置參數(PWM是如何實現調速的)7

7-平均電壓的計算方法

PWM調速電路原理圖的設計

所以,CPU隻要輸出不同占空比的方波就可以控制風扇的轉速,占空比的大小與溫度有關。溫度越高,占空比越大,風扇轉速越快;溫度越低,占空比越小,風扇轉速也就越小。CPU控制風扇調速的電路原理圖如下圖所示。

pwm調速風扇設置參數(PWM是如何實現調速的)8

8-PWM調速電路原理圖

上圖中,使用三極管作為風扇的驅動,也可以使用MOSFET等其他功率器件,方波的占空比是由CPU溫度控制的。理論上來講,頻率越高,風扇轉動越平滑,但是對功率開關器件的響應速度要求也就越高,所以方波的頻率一般控制在10K-30KHz之間。

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